面试题：C语言多线程信号处理与复杂场景优化

1. 信号注册

在Linux中，可以使用sigaction函数来注册信号处理函数。由于信号可能在任意时刻到达，为了避免竞态条件，建议使用一个专门的线程来处理信号。

#include <signal.h>
#include <pthread.h>

// 信号处理函数
void signal_handler(int signum) {
    // 处理信号的逻辑
}

void* signal_handler_thread(void* arg) {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = signal_handler;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;

    // 注册SIGTERM信号
    sigaction(SIGTERM, &sa, NULL);
    // 注册SIGUSR1信号
    sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL);

    // 阻塞线程，等待信号
    while (1) {
        pause();
    }
    return NULL;
}

2. 线程间的协调

为了协调不同线程组之间的任务处理以及信号处理，可以使用以下几种机制：

条件变量（Condition Variable）：用于线程间的同步。例如，当信号处理函数完成某些操作后，通过条件变量通知其他线程组进行相应的处理。
互斥锁（Mutex）：保护共享资源，确保在同一时间只有一个线程能够访问共享资源。

pthread_mutex_t shared_resource_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t signal_cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

// 线程组中的线程函数
void* thread_function(void* arg) {
    // 加锁
    pthread_mutex_lock(&shared_resource_mutex);
    // 等待条件变量
    pthread_cond_wait(&signal_cond, &shared_resource_mutex);
    // 处理任务
    // 解锁
    pthread_mutex_unlock(&shared_resource_mutex);
    return NULL;
}

3. 共享资源的保护

对于共享资源的保护，除了使用互斥锁之外，还可以考虑以下几点：

读写锁（Read-Write Lock）：如果共享资源的读取操作远远多于写入操作，可以使用读写锁来提高并发性能。读操作可以并发进行，而写操作需要独占访问。
线程本地存储（Thread Local Storage, TLS）：如果某些数据不需要在所有线程间共享，可以将其存储在线程本地，避免锁的竞争。

pthread_rwlock_t shared_resource_rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;

// 读取共享资源
void read_shared_resource() {
    pthread_rwlock_rdlock(&shared_resource_rwlock);
    // 读取操作
    pthread_rwlock_unlock(&shared_resource_rwlock);
}

// 写入共享资源
void write_shared_resource() {
    pthread_rwlock_wrlock(&shared_resource_rwlock);
    // 写入操作
    pthread_rwlock_unlock(&shared_resource_rwlock);
}

4. 性能瓶颈及优化

锁竞争：过多的锁操作会导致线程阻塞，降低系统的并发性能。优化方法包括减少锁的粒度，即只在必要的代码段加锁；使用更细粒度的锁，如读写锁；以及尽量减少共享资源的访问频率。
上下文切换：过多的线程切换会消耗系统资源，降低性能。可以通过合理设置线程数量，避免创建过多不必要的线程；采用线程池技术，复用线程，减少线程创建和销毁的开销。
信号处理开销：信号处理函数中的复杂操作可能会导致性能问题。可以将信号处理函数中的复杂操作简化，将实际的处理逻辑放到其他线程中执行，信号处理函数只负责触发相应的操作。

通过上述架构设计和优化策略，可以有效地处理高并发Linux C语言多线程应用中的信号处理和线程间协调问题，提高系统的性能和稳定性。

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面试题：C语言多线程信号处理与复杂场景优化

知识考点

面试题答案

1. 信号注册

2. 线程间的协调

3. 共享资源的保护

4. 性能瓶颈及优化